原創周慶文線束世界

1.介紹

本指南的目的是定義單線密封塞的一些重要設計特征。

注釋：連接器型腔堵頭的設計不是本文件的一部分。型腔堵頭是不同的，因為它們不是通過端子保持在腔中，就像電線密封塞一樣。

2. 材料選擇

2.1. 密封塞材料

電線密封塞材料的選擇主要限于丙烯腈-丁二烯橡膠(NBR)、硅酮或氟硅酮。丁腈橡膠NBR的操作溫度范圍為-30°C至100°C，具有良好的耐化學性。液態供應的硅酮是用于單絲密封塞的主要材料。它耐高溫，操作范圍為-65°+250°C，但它可以通過暴露于燃料和潤滑油來降解。氟硅酮比硅酮具有更好的流體阻力和抗拉強度，特別是當單線密封塞暴露在碳氫化合物中時，推薦用于特殊應用。

2.2. 潤滑劑材料

在自動壓接過程中，材料潤滑通常是必要的，以方便電線通過密封，以減少必要的插入力，并盡量減少端子插入連接器外殼損壞的風險。加油量通常在重量2%到6.5%之間。

3. 工藝技術

液體注射成型(LIM)和轉移成型是彈性體最常用的工藝技術。液體注射成型用于制造液體硅橡膠制成的密封件。丁腈橡膠或任何其他固體橡膠的密封是使用轉移成型工藝。

3.1. 液體注射成型

液體注射成型(LIM)彈性體又稱液態硅橡膠(LSR)，屬于熱固化橡膠組。一個特點是它們在加工過程中的粘度比固體硅酮或其他彈性體低。見圖1。它們分兩部分供應，其中含有硫化所需的鉑。部件通過攪拌機由計量泵抽運。在靜態混合器中，部件混合良好，并轉移到注塑機的冷卻計量段。從那里，化合物被推進通過冷卻澆道和流道系統進入一個加熱的型腔。當混合物達到170°C以上的必要活化等級時，開始交聯或固化。這種反應比轉移成型的固化反應快得多。

3.2. 傳送成型

在轉移成型過程中，一塊未固化的橡膠被放置在模具的一部分，稱為“鍋。” 見圖2。模具關閉，在液壓壓力下，橡膠被強制通過小孔（“門”）進入空腔。見圖3。模具保持關閉，而橡膠熱固化。轉移成型模具比用于LIM的模具更昂貴，但它們可能包含多達200個電纜密封塞型腔。

圖2

圖3

4. 電線密封塞接口

導線密封的特點是有三個密封接口：

A. 電線密封

B. 連接器型腔密封

C. 端子密封

見圖4

圖4

4.1.電線接口密封

不宜有平直的內表面。密封的部分被連接器型腔壁和插入后的電線徑向壓縮，應具有至少兩個唇的內孔表面。見圖5。

圖5

這個幾何允許四個主要優點：

1. 由于可能的電纜形狀缺陷，多個密封接觸面優于連續密封面。

2. 即使電線彎曲，內唇輪廓也能確保良好的密封。

3. 被困在第一和第二唇之間的流體比外部流體具有較低的壓力值。壓力下降發生從第一唇到第二唇之間。因此，流體滲透概率降低。

4. 外徑和內徑達到最大值和最小值處的密封點對齊。見圖6。

圖6

如果采用這種幾何形狀，電線和密封塞之間的自由體積定位在每個外部唇下。見圖7。

圖7

當密封塞被連接器型腔壁徑向壓縮時，幾乎是不可壓縮材料的橡膠可以膨脹和填充這些自由空間。這種壓縮的主要效果是盡量減少密封塞在腔內的縱向擴張。然而，插入后，密封塞總是發生輕微的拉伸。因此，在設計階段必須考慮連接器型腔中有足夠的縱向空間。見圖8和圖20。

圖8

兩個相鄰的唇應分開至少0.2mm。內唇輪廓應是圓形的，以方便在成型過程中的后模頂出，并避免材料撕裂。需要一個正面倒角，以方便電線插入。見圖9。

圖9

塑料材料的完整電纜護套是連接器密封的另一個重要要求。未覆蓋的電線使連接器的內部與外部環境直接接觸。水可以從電纜的損壞點通過毛細管作用吸引到端子并進入外殼。因此，當連接器提交水密性測試時，其電線的末端必須密封。見圖10。

圖 10

4.2. 連接器型腔密封

連接器型腔接觸面的密封，由密封塞外唇和連接器型腔壁組成。見圖11。

圖11

唇和連接器型腔直徑的差異產生密封壓縮。唇形必須設計成，端子插入連接器型腔的力不太高，密封所需的連接器型腔與唇之間干涉的不會導致任何密封表面切割。由于這些原因，唇不應該有對稱的半圓形輪廓。見圖12。它應該是圓形的，并具有平坦的部分，以方便端子插入。見圖13。

圖12 圖13

與內唇一樣，外唇比外直表面更能保證緊密程度。到達連接器型腔密封表面的流體在每個唇附近顯示壓力下降。見圖14。

圖14

型腔在密封區域上不得有模具分型線，以避免端子插入外殼時產生任何密封撕裂。腔壁必須在端子插入的一側為圓形，以方便密封塞插入。與密封塞直接接觸的所有型腔區域的粗糙度平均值(Ra)應為5μm或更小。見圖15。

圖15

每個型腔表面的任何缺陷都會損害密封水密性，特別是當橡膠在接近玻璃化轉變溫度（低溫)工作時。在此溫度點下，材料失去了彈性性能，行為從橡膠狀轉變為玻璃態，密封不太能覆蓋型腔中的表面缺陷。

4.3. 端子接觸密封

端子接觸密封由密封塞的外部直面和端子絕緣套筒構成。見圖16。

圖16

密封塞通常是為特定的電線尺寸范圍而定的，在端子被附上之前，通過自動過程放置在電線上。隨后，端子在電線和密封塞上壓接。絕緣套筒必須關閉并保持密封，而不會在表面產生切割。在壓接階段，如果端子絕緣套筒有一個孔，壓縮密封材料可以出來，則密封完整性得到保證。如果絕緣套筒有這個孔，可以設計一個外部頸圈（external collar），以避免在端子插入期間密封和電線之間的任何相對移動。在裝配過程中，密封件在傳送機中時不得相互粘著。在其中一個密封面上設計了一個稱為墊片（spacer）的特征，以減少與下面密封塞的接觸面積。見圖17。

圖17

5. 電線密封塞設計

5.1. 外唇數量

大多數單線密封塞設計使用三唇配置。一個均勻的唇設計可以使用在，其中每個唇被設計以創造三層冗余密封。如果軸向空間不受限制，則可采用四唇設計，以最大限度地擴大密封接觸面。

5.2. 外唇高度與寬度之比

唇的高度不應超過其寬度的1.5:1比。如果高度的特點是一個較大的比率，唇本身更容易彎曲，而不是在連接器型腔提供密封壓縮。優選的比例范圍為0.5:1~1:1。這種條件將確保一個堅固的唇，也是足夠柔韌的，以抵抗端子在插入連接器時撕裂力。見圖18。

圖18

5.3. 外唇壓縮比

唇壓縮比是指唇壓縮量與其自由狀態高度的比值。推薦的壓縮比范圍為10%至50%，最佳百分比為30。在10%以下，壓蓋壓縮不足以密封，而超過50%的壓縮會導致唇部的大的永久變形。見圖19。

圖19

5.4. 導體直徑密封范圍

內孔徑是導線尺寸范圍的一個功能。單絲密封塞被設計用于安裝在外徑大于孔直徑的電線上(10%min至100%max)。在這些條件下，電線上的密封壓縮一直都在。當端子插入連接器外殼時，型腔壁會產生額外的壓縮力。

當密封塞在高溫下使用時，必須特別注意。在這種情況下，導線不能被認為是剛性元件；有時可以在其上觀察到永久變形。絕緣直徑的減小發生在唇接觸的點上。在這種情況下，密封所需的壓縮量可以大大降低。為了避免高溫應用中的這一問題，產品或開發工程師必須找到電線和密封唇之間干擾的正確折中方法。

5.5. 唇軸間距

另一個重要的幾何參數是相鄰唇之間的間距。軸向間距應使唇在端子插入到外殼腔時完全彎曲，而不與彼此接觸。見圖20。

圖20

5.6. 材料硬度

材料硬度應規定為40-50邵氏硬度A。這一范圍被認為是最優的，以提供典型汽車應用所需必要的壓縮，抗撕裂和耐久性性能。

5.7. 樣品計算

以下是零件編號184139-1的一些重要參數計算（圖21）。

圖21

A. 數據：

070型端子上使用的電線密封塞：

連接器型腔直徑：4.40±0.1mm

外徑： 4.80±0.1mm

內孔直徑： 0.9±0.1mm

導線尺寸范圍： 1.2-1.7mm

唇寬： 1.10 mm

唇高： 0.60 mm

B. 外唇高寬比：

目標達到1.5:1

唇高/唇寬度=（0.60/1.1）=0.55。這個值包含在最優比例范圍內。

C. 外唇壓縮比：

中等案例：

唇壓縮=（外直徑-型腔直徑)/2=(4.8-4.4)/2=0.2mm

唇壓縮比=（唇壓縮/唇高度）X100

=（0.20/0.60）x100=33.3%

1中等唇壓縮比設計目標：30%。本設計符合規定的目標。

最壞案例（最小壓縮）：

唇壓縮=（最小外徑-最大型腔直徑）/2

=(4.7-4.5)/2=0.1 mm

唇壓縮比=（唇壓縮/唇高度）X100

=(0.1/0.6）x100=16.6%

1最小唇壓縮比設計目標：10%。本設計符合規定的目標。

最佳案例（最大壓縮）：

唇壓縮=（最大外徑-最小型腔直徑）/2

=（4.9-4.3）/2=0.3mm

唇壓縮比=（唇壓縮/唇高度）X100

=（0.3/0.6）×100%=50%

1最大唇部壓縮比設計目標：50%。本設計符合規定的目標。

D. 直徑密封范圍：

最小電線直徑：1.2mm→內孔徑+33.3%

最大電線線徑：1.7mm→內孔徑+88.8%

線徑范圍包括在10%至100%的最佳范圍內。

1 在計算中沒有考慮由于導線插入而引起的密封的徑向擴張，因此在所有三種情況下，壓縮比值略低于實際值。產品或開發工程師應在發布產品前檢查壓縮范圍。